交联聚合物薄膜的构象诱导硬化效应
软凝聚态物质
2022-06-29 v2 材料科学
摘要
纳米级聚合物薄膜广泛应用于能源器件、柔性电子与生物传感器等多种领域，其中令人满意的力学表现对实现其完整功能至关重要。已有证据表明，聚合物薄膜的弹性性质常受其厚度强烈影响；然而该现象的潜在机制，尤其是微观层面的透彻理解，尚待达成。本文中，我们建立了一个基于粗粒化分子动力学(CGMD)的计算框架，并结合实验验证，旨在揭示交联聚合物薄膜硬化行为的构象起源。通过对聚合物网络结构施加系统控制，我们发现双轴模量的变化本质上是聚合物构象改变的结果。进而提出了一个统一理论，定量阐明体系弹性性质与链端到端距离分布变化之间的关联，并预测在常规熵弹性之上、基于高度未卷曲链会产生显著的硬化效应。采用受建模启发的加工方案，我们的实验显示厚度相近的PDMS薄膜其模量可相差两个数量级。实验与模拟的良好吻合表明我们的发现可作为在纳米尺度调控聚合物薄膜弹性性质的有效指导。
引用
@article{arxiv.2206.12567,
title = {Conformation-Induced Stiffening Effect of Crosslinked Polymer Thin Films},
author = {Zhengyang Zhang and Pei Bai and Yuhan Xiao and Yunlong Guo and Yanming Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2206.12567},
year = {2022}
}